JPH06331807A

JPH06331807A - プリズム

Info

Publication number: JPH06331807A
Application number: JP5116122A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hashizume; 俊明橋爪; Fumitaka Yajima; 章隆矢島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-05-18
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1994-12-02
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: JP3324197B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は三枚の液晶パネルの画像をプリズム
で合成し投射レンズで拡大投影する液晶プロジェクター
のに於いて、高密度の画素を持つ小型の液晶パネルを使
用可能とするプリズムを供給することを目的とする。【構成】本発明は頂角がほぼ９０゜の三角柱プリズム
を４個、頂点を合わせて斜面を接着固定して一体とした
プリズムにおいて、前記４個の三角柱プリズムのうち少
なくとも隣接する２組の三角柱プリズムの屈折率の差が
０．０００５以下とした。またそれを三角柱プリズムを
同一の製造ロットとすることで実現した。またダイクロ
イックミラーの板硝子をＸ字型に組み合わせたＸ字型ミ
ラーを液体中に浸した液体型プリズムにおいて、全ての
液体部を流動可能とした。またその液体部を熱導伝性の
部材で熱的に結合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本特許は液晶プロジェクターの三
色画面の合成用のプリズムに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクターはカラー液晶パネル
一枚のみ用いる単板方式と、白黒画像を表現できる液晶
パネルを三枚組み合わせて、それぞれに赤青緑の三原色
を当て、光学的にその三枚の像を合成する三枚方式の二
種類がある。このうち三枚方式は白色光源をダイクロイ
ックミラーにより純度の高い三色に分け、その各色に液
晶パネルいっぱいの画素を割り当てることができるの
で、高解像度で色調の良い画面が得られる。この際、三
色の画像合成の方法は板硝子に誘電体の薄膜を付けたダ
イクロイックミラーを二枚用いて二色ずつ順次画面を合
成する方法や、三角柱のプリズムの斜面にダイクロイッ
ク面を作りこのプリズムを四個貼り合わせほぼ立方体の
プリズムとし、液晶パネルをそのプリズムの三面に配置
して一度に三色合成する方法、また板硝子のダイクロイ
ックミラーをＸ字型に設定し、周囲三面に液晶パネルを
配置して一度に三色合成する方法、またそのＸ字型のダ
イクロイックミラーを液体内に入れたタイプもあった。
このうち最初に記述した、ダイクロイックミラーを二枚
使う方法については、投射レンズと液晶パネルとの間に
二枚分のダイクロイックミラーを入れる必要があるの
で、投射レンズの焦点距離が短くできないといった課題
がある。それに対して、プリズムを用いたり、Ｘ字型ミ
ラーを使う方法では液晶パネルと投射レンズの距離が短
く設定できるので、投射レンズの焦点が短くでき、近く
に大きな画面を映すことができる。従来は、三角柱のプ
リズムに関しては屈折率は材料、成形方法及び後加工で
ばらつくが特に制御をしていなかった。またＸ字型のミ
ラーを使い、周囲を液体にすることについては、液体に
ジエチレングリコールを使っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし前記のような従
来技術について、プリズム内で反射せず透過する液晶パ
ネルについて中央部での解像度が落ちたり、三枚の液晶
パネルの画面の大きさが合わないといった問題が生じ
た。

【０００４】三角柱プリズムを四個貼り合わせた場合に
は、四個の三角柱プリズムにおいて隣接する三角柱プリ
ズムの屈折率が異なると、プリズム内で反射せずに進む
液晶パネルの像が、プリズム内のダイクロイック面で反
射して進む液晶パネルの像よりも大きくまたは小さくな
る。たとえばある液晶パネルに面した一組の向かい合う
三角柱プリズムの屈折率が他の向かい合う三角柱プリズ
ムよりも大きい場合には、その液晶パネルからでた光
は、隣接する三角柱プリズムの界面で外側に屈折する。
その結果プリズム内を透過する位置にある液晶パネルの
中央部の像がぼける。また他の液晶パネルよりも画面が
大きくなってしまう。数値を挙げれば光学材料としての
ガラスの屈折率の公差は±０．０００５程度であるが、
この範囲で屈折率がばらつくと液晶パネルが１インチ程
度でＮＴＳＣのビデオ信号を映すことのできる画素サイ
ズと同レベルの画面ズレやボケが生じる。

【０００５】また、板硝子にダイクロイックコートをし
てからＸ字型に組み合わせ、ジエチレングリコールを入
れたものについては、四ヶ所のＸ字型ミラーに囲まれた
部分の液体の温度が違うために屈折率が変わり、前記三
角柱プリズムと同様の問題が生じた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】頂角がほぼ９０゜の三角
柱プリズムを４個、頂点を合わせて斜面を接着固定して
一体としたプリズムにおいて、前記４個の三角柱プリズ
ムのうち少なくとも隣接する２組の三角柱プリズムの屈
折率の差が０．０００５以下とした。また前記４個の三
角柱プリズムのうち少なくとも隣接する２組の三角柱プ
リズムを同一の製造ロットとした。つまり同じ硝材で同
じ時間に同じ工程条件の元に製造されたものである。特
に材料である硝材が同じことと、成形、アニール等の材
料から製品までの熱過程が同じことが必要である。

【０００７】また周囲６面のうち少なくとも４面を透明
の窓で構成され、前記窓の内側は、ダイクロイックコー
トしたガラス板をＸ字型に組み合わせたＸ字型ミラーと
液体とで構成されたプリズムにおいて、前記液体は前記
窓部と前記Ｘ字型ミラーとで区切られた４つの部分間を
流動可能とした。また前記窓部と前記Ｘ字型ミラーとで
区切られた４つの部分の前記液体を熱導伝性の部材で熱
的に結合した。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）図１に本発明のプリズムの一実施例の平面
図を示す。１、２、３、４は三角柱プリズム、８、９は
光線である。三角柱プリズム１、２、３、４の接合面は
ダイクロイックコートをしたミラーであり、三角柱プリ
ズム１、２、３の外側より入射された三色の光線を合成
し、三角柱プリズム４方向から出射する。この三角柱プ
リズム１、２、３、４は同一製造ロットである。つまり
同じ硝材で同じ時間に同じ工程条件の元に製造されたも
のである。特に材料である硝材が同じことと、成形、ア
ニール等の材料から製品までの熱過程が同じことが必要
である。このようにすると屈折率の差が０．０００５以
下で調整されている。この値は、屈折率を１．５とする
とその０．０３％にあたる。このオーダーは、たとえば
ＩＣで５ｍｍのなか１ミクロンを制御するのに相当し、
多くの工程の中で制御するのは極めて難しい。よって同
じ製造ロットを選択するわけである。このように屈折率
が揃うため、光線８、９の様にプリズム内を透過する光
線は三角柱プリズムの接合面でほとんど屈折しない。そ
のため画面の中央がぼけることがない。また三角柱プリ
ズムの接合面を透過する光も反射する光も、そこでの光
線の角度変化がないため、画面の大きさが色ごとで異な
ることはない。

【０００９】図２に図１のプリズムを使った三色合成系
の斜視図を示す。５は三角柱プリズムを四個貼り合わせ
たプリズム、６−Ｒ、６−Ｇ、６−Ｂは液晶パネル、７
は投射レンズである。液晶パネル６−Ｒ、６−Ｇ、６−
Ｂではそれぞれ赤緑青の画像が作られる。液晶パネル６
−Ｒ、６−Ｇ、６−Ｂは例えば対角１インチとしＮＴＳ
Ｃの信号を表現するのに水平、垂直でともに５００画
素、とすると画素ピッチは水平４０μm、垂直３０μmと
なる。この微細な画素にＴＦＴなどのスイッチング素子
を付けて、光の制御をするわけである。それぞれの液晶
パネルに赤色光、緑色光、青色光を照明し、プリズム５
で三色の像を合成し、投射レンズ７にてスクリーン上へ
拡大投影する。プリズム５はダイクロイックコートを斜
面に施した三角柱プリズム１、２、３、４を貼り合わせ
て作ってある。このダイクロイックコートのために、三
色の色合成ができる。本実施例ではこれらの三角柱プリ
ズム１、２、３、４は屈折率の差がが０．０００５以下
である。このため各色の画面サイズはこのプリズム５を
通過する際に変化がない。つまり屈折率が１．５と１．
５００５との三角柱プリズムが接しているとして、接合
面に入射角４５度で光が入ると、出射角度は０．０１９
度屈折する。プリズム５の各辺の長さが４０ｍｍとする
とプリズム５の中を０．０１９度の広がりを持って通過
すると１３μm光軸が移動する。これは画素ピッチの３
分の１にあたる。画面としては問題ないレベルである。
従来のままでは約１画素分色付きとして周囲にでてしま
うものが本実施例ではなくなる。また屈折率の差を小さ
くしたことで液晶パネル６−Ｇの中央部のピンと位置が
中央以外の部分のピンと位置と同じになる。例えば、中
央部からでた光が左右に分かれるとする。つまり三角柱
プリズム１、３、４と通る場合と、三角柱プリズム１、
２、４と通る場合を考える。屈折率が三角柱プリズム
１、４が同じ１．５、三角柱プリズム２、３は１．５０
０５とする。左右の光はともに三角柱プリズムの接合面
でプリズム５の中央部方向に屈折する。これによりピン
と位置は投射レンズ７に近い側に移動する。一方、中央
部以外からでた光は三角柱プリズム１、２、４または三
角柱プリズム１、３、４のどちらか片方のみ通る。つま
りピンと位置は三角柱プリズムの屈折率によって変わら
ない。液晶パネル６−Ｇの中央部と中央以外のピンと位
置は本実施例によれば約０．１ｍｍ程度となる。投射レ
ンズ７の焦点深度からみて中央部にぼけがでない程度で
ある。

【００１０】以上のように本実施例によれば三色の画面
サイズが同じであり、また液晶パネル６−Ｇの中央部の
解像度が落ちない。中央部の解像度はビデオの画面を見
る場合特に重要である。なお三角柱プリズム１、２、
３、４の屈折率を合わせる方法として製造が同じロット
よりプリズムを組み合わせて作るのは硝材、成形、研
磨、加熱等についてほぼ同一の工程を経ることで、特性
を揃えられるからである。

【００１１】本実施例では三角柱プリズム四個につい
て、屈折率を同じとしたが、隣接する二組の三角柱プリ
ズムについて屈折率が同じであればよい。つまり三角柱
プリズム１と２が同じロット、三角柱プリズム３と４が
同じロットであり、三角柱プリズム１、２と三角柱プリ
ズム３、４は違うロットであっても良い。

【００１２】尚、図５に図１のプリズムを用いた液晶プ
ロジェクターの光学系の構成図を示す。メタルハライド
ランプ５０で発光した光はリフレクター５１で反射し前
方へ集光光線となって出射される。その後ダイクロイッ
クミラー５２、５４で赤緑青の三色に分解され、アルミ
ミラー５３、５５、５６によりそれらの三色は方向を変
え、コンデンサーレンズ５８−Ｒ、５８−Ｇ、５８−
Ｂ、偏光板５９−Ｒ、５９−Ｇ、５９−Ｂで直線偏光と
なって本実施例の液晶パネル６１−Ｒ、６１−Ｇ、６１
−Ｂに照射される。液晶パネル６１−Ｒ、６１−Ｇ、６
１−Ｂでは三色それぞれの映像信号にしたがって直線偏
光が楕円偏光に変えられる。これを検光子である偏光板
６１−Ｒ、６１−Ｇ、６１−Ｂで検出する。三色合成プ
リズム５７でそれら三色の画像情報を合成した後投射レ
ンズ６２にてスクリーン６３に拡大投影する。ここで三
色合成プリズム５７は隣接する２組の三角柱プリズムの
屈折率を同じにしてあるので、液晶パネル６０−Ｒ、６
０−Ｇ、６０−Ｂの画面サイズは等しくなる。また液晶
パネル６０−Ｇの中央部のピンと位置が他の部分のピン
と位置と等しくなり、中央部での解像度が保たれる。

【００１３】（実施例２）図３に本発明のプリズムの他
の実施例の水平断面図を示す。また図４に図３のプリズ
ムの垂直断面図を示す。２０、２１はダイクロイックミ
ラーであり、板硝子表面に誘電体の薄膜を蒸着したもの
で、Ｘ字型ミラーを構成している。２２、２３、２４、
２５はジエチレングリコールである。凍結防止のために
ジエチレングリコールを用いてある。２６は熱導電性の
部材であるアルミ枠、２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂは
液晶パネル、２８−Ｒ、２８−Ｇ、２８−Ｂ、２９は透
明の板硝子である窓、３０は投射レンズである。液晶パ
ネル２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂで赤緑青に対応した
画像を形成すると共にそれぞれに赤緑青の光を照明す
る。各画像をダイクロイックミラー２１、２２で合成し
て投射レンズ３０より拡大投影する。プリズムの構成と
してはアルミ枠２６を窓２８−Ｒ、２８−Ｇ、２８−Ｂ
により密閉した容器とし、その中にＸ字型に組み合わせ
たダイクロイックミラー２０、２１を入れ、ジエチレン
グリコールで中を満たす。ジエチレングリコール２２、
２３、２４、２５を入れるのはＸ字型ミラーであるダイ
クロイックミラー２０、２１により非点収差が生じるの
を防ぐと共に、液晶パネル２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−
Ｂと窓２８−Ｒ、２８−Ｇ、２８−Ｂをカップリング剤
３１−Ｒ、３１−Ｂ、３１−Ｇを通して熱的に結合し、
液晶パネル２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂの熱をジエチ
レングリコール２２、２３、２４方向へ取り除くためで
ある。ジエチレングリコール２２、２３、２４へ伝わっ
た熱は、アルミ枠２６を通して空気中へ逃げていく。こ
こでジエチレングリコールの屈折率は１度につき０．０
００３だけ変化する。したがって図１、２の実施例と同
様に考えて、三色の画面サイズを等しくすることと、液
晶パネル２７−Ｇの中央部の解像度を出すためにジエチ
レングリコール２２、２３、２４、２５を同じ温度に保
つことが必要となる。このため、本実施例では共通部３
２によってジエチレングリコール２２、２３、２４、２
５が流動可能とした。これにより対流作用でジエチレン
グリコール２２、２３、２４内の温度が均一となる。ま
た本実施例ではアルミ枠２６がジエチレングリコール２
２、２３、２４、２５と接しているので、熱もアルミ枠
２６を伝わって均一になる。以上のように本実施例では
Ｘ字型のダイクロイックミラー２０、２１により区切ら
れたジエチレングリコールの温度が均一になるので、液
晶パネル２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂの投影後の大き
さが一定となる。また液晶パネル２７−Ｇを投影した際
に中央部がぼけることもない。これにより光源として強
い光を使っても熱による画面サイズの変化やボケが無く
なり明るい液晶プロジェクターができる。

【００１４】

【発明の効果】本発明のプリズムによれば、三角柱プリ
ズムを四個貼り合わせたプリズムにおいて、少なくとも
隣接する２組の三角柱プリズムの屈折率の差が０．００
０５以下にしたので、画素密度が高く、画面サイズの小
さな液晶パネルを使ったコンパクトな液晶プロジェクタ
ーを作ることができる。つまり三色の液晶パネルの投影
時の画面サイズが同じとなり、また中央部でのボケもで
ないので、小型液晶パネルと小型プリズム、及び短焦点
投射レンズの組み合わせで、小型高性能の液晶プロジェ
クターができる。また少なくとも隣接する２組の三角柱
プリズムを同一製造ロットとしたことも同様の効果があ
る。

【００１５】また透明の窓四つの内側に、ダイクロイッ
クコートした板硝子をＸ字型に組み合わせ液体で充填し
た液体型のプリズムにおいて、液体をＸ字型ミラーの間
で流動可能としたので、液体の屈折率が同じになり、前
記と同様に三色の画面サイズが同じとなり、中央部での
解像度も維持できる。よって小型で高画素を持つ液晶プ
ロジェクターができる。さらにＸ字型ミラーで区切られ
た四つの部分の液体が熱導伝性の部材で熱的に結合され
ているので液晶パネルに強い光が当たり、そこで発生し
た熱がプリズムへ伝わってもプリズムの液体の熱を均一
に維持できる。また、放熱もしやい。したがって強い光
による明るい照明が可能となり、小型、高画素数、高輝
度の液晶プロジェクターができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリズムの一実施例の平面図。

【図２】図１のプリズムを使った三色合成系の一実施例
の斜視図。

【図３】本発明のプリズムの他の一実施例の水平断面
図。

【図４】図３のプリズムの垂直断面図。

【図５】図１のプリズムを用いた液晶プロジェクターの
光学系の構成図。

【符号の説明】

１、２、３、４三角柱プリズム５プリズム６−Ｒ、６−Ｇ、６−Ｂ液晶パネル７投射レンズ８、９光線２０、２１ダイクロイックミラー２２、２３、２４、２５ジエチレングリコール２６アルミ枠２７−Ｒ、２７−Ｇ、２７−Ｂ液晶パネル２８−Ｒ、２８−Ｇ、２８−Ｂ窓２９窓３０投射レンズ３１カップリング剤５０メタルハライドランプ５１リフレクター５２ダイクロイックミラー５３アルミミラー５４ダイクロイックミラー５５アルミミラー５６アルミミラー５７三色合成プリズム５８−Ｒ，５８−Ｇ，５８−Ｂコンデンサーレン
ズ５９−Ｒ，５９−Ｇ，５９−Ｂ偏光板６０−Ｒ，６０−Ｇ，６０−Ｂ液晶パネル６１−Ｒ，６１−Ｇ，６１−Ｂ偏光板６２投射レンズ６３スクリーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】頂角がほぼ９０゜の三角柱プリズムを４
個、頂点を合わせて斜面を接着固定して一体としたプリ
ズムにおいて、前記４個の三角柱プリズムのうち少なく
とも隣接する２組の三角柱プリズムの屈折率の差が０．
０００５以下であることを特徴とするプリズム。
【請求項２】頂角がほぼ９０゜の三角柱プリズムを４
個、頂点を合わせて斜面を接着固定して一体としたプリ
ズムにおいて、前記４個の三角柱プリズのうち少なくと
も隣接する２組の三角柱プリズムを同一の製造ロットと
することを特徴とするプリズム。
【請求項３】周囲６面のうち少なくとも４面を透明の窓
で構成され、前記窓の内側は、ダイクロイックコートし
た板硝子をＸ字型に組み合わせたＸ字型ミラーと液体と
で構成されたプリズムにおいて、前記液体は前記窓部と
前記Ｘ字型ミラーとで区切られた４つの部分間を流動可
能としたことを特徴とするプリズム。
【請求項４】周囲６面のうち少なくとも４面を透明の窓
で構成され、前記窓の内側は、ダイクロイックコートし
たガラス板をＸ字型に組み合わせたＸ字型ミラーと液体
とで構成されたプリズムにおいて、前記窓部と前記Ｘ字
型ミラーとで区切られた４つの部分の前記液体が熱導伝
性の部材で熱的に結合されていることを特徴とするプリ
ズム。